Энергетика. Газообразное топливо

Биогаз

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

В первой части своей работы мы привели систематический обзор современного состояния научных знаний о технологии метанового брожения с обобщением наиболее существенных западногерманских и зарубежных литературных источников. Было указано также на пробелы в наших знаниях по этому вопросу.

Во второй части подробно рассмотрены основные точки зрения, важные для оценки экономичности сельской биогазовой установки. Для этой цели были подобраны главным образом качественные и количественные данные о хранении биогаза, подготовке его к применению, а также о его использовании в сельскохозяйственном производстве. Путем составления баланса получения и расходования газа для трех модельных хозяйств с  биогазовыми  установками   и теоретического   расчета

экономичности последних была сделана попытка дать читателю четкое представление об основных трудностях практической эксплуатации установки наряду с обеспечением надежного выполнения ею своей технической функции. Речь идет о двух главных трудностях: весьма неустойчивом преимуществе в экономичности по сравнению с сегодняшней стоимостью других видов энергии и сложностью обеспечения устойчивого баланса между производством и потреблением биогаза.

С точки зрения современного состояния науки соору

жение и эксплуатация биогазовых установок для всех

имеющихся в ФРГ размеров хозяйств технически вполне

выполнимы. Однако предварительно определить эконо

мичность таких установок невозможно из-за того, что не

хватает данных о минимальных затратах на сооружение

установки и ее эксплуатацию. Эти данные должны быть

получены при максимальном использовании техники в

типичных для сельскохозяйственного производства усло

виях с учетом размеров хозяйств.

Очевидные преимущества биогазового метода по сравнению с аэробным

разложением сельскохозяйственных отходов, в особен

ности отходов животноводства, с точки зрения тре!     

ний охраны окружающей среды все еще не поддаются количественной оценке, поскольку отсутствуют систематические исследования в этом направлении.

Выход газа и его энергетический потенциал могут колебаться в широких пределах, поскольку они очень сильно зависят от вида, состава и состояния имеющихся исходных материалов, а также от характера процесса брожения и управления им. Кроме того, биогазовая установка, которая должна иметь высокий энергетический КПД, требует создания постоянных и соответствующих используемому составу субстрата оптимальных условий производства в отношении количества загружа емого органического вещества, времени брожения, тем пературы процесса и перемешивания сбраживаемой массы. Чем выше требования, предъявляемые к КПД биогазовой, установки, тем больше затраты на ее техническое оснащение. Поэтому биогазовые установки могут быть экономичными в эксплуатации только при очень большой вместимости реактора.

При определении экономичности ориентируются на современную цену котельного топлива, поскольку главным образом этот вид топлива подлежит замене на биогаз, и исходят из расчетных факторов, которые максимально отражают реальную действительность. И в данном вопросе отчетливо проявляется упомянутая выше трудность — отсутствие различных точных данных по новым установкам. Поэтому требуют уточнения:

—        потребность в энергии на подогрев субстрата;

—        потребность в энергии на собственные нужды для перемешивания и перекачки субстрата   (кВт/м3);

—        долговечность технических объектов;

—        затраты на ремонт и техническое обслуживание (марок ФРГ в год);

—        удельные затраты рабочего времени (марок ФРГ на 1 м3 или ч на 1 усл. гол.);

—        затраты на охрану окружающей среды (марок ФРГ на 1 усл. гол.);

—        возможная удобрительная ценность биошлама (марок ФРГ на 1 усл. гол.).

С изменением исходных факторов изменяется и экономичность. В особенности следует считаться в будущем с растущей стоимостью энергии. Чем дороже станет энергоноситель, с которым ведется сравнение,— жидкое топливо (или также электроэнергии), тем больше будет заинтересованность в биогазовых установках. Имея в виду аспект надежности энергоснабжения, необходимо проверить, оправдывает ли это дотации на строительство. Однако в наши дни представляется возможным гарантировать экономичность биогазовых установок только в очень узких пределах:

—        удельные первоначальные затраты 1000...2 000 марок ФРГ на 1 усл. гол. Это предвещает тенденцию к применению однореакторной схемы непрерывного действия для небольших установок;

—        высокий удельный выход полезно используемого газа — не менее 0,4 м3 биогаза на 1 кг сухого органического вещества. Повышение выхода полезно ис< пользуемого газа представляется возможным благодаря применению других побочных видов энергии, рекуперации теплоты и посторонних источников энергии, хотя бы частично для подогрева субстрата.

Чтобы понизить собственную потребность установки в энергии, необходимо предъявлять жесткие требования к устройству реактора (его форме и теплоизоляции) и к механизмам перемешивания. При этом нужно дополнительно принимать меры по утилизации отбросного тепла шлама в теплообменнике.

Нарушение баланса расхода и потребления биогаза

немедленно  сказывается   на   экономичности  установки.

Среднее предприятие сначала имеет неуравновешенный

газовый баланс, только специализированные предприя-

тия будут иметь уравновешенный  баланс.  Обеспечение

такого баланса — решающий фактор для экономичности

установки. Выше были перечислены различные отправные точки для продолжающихся в этом направлении исследований. Видимо, нельзя будет обойтись без промежуточного хранения запасов газа в газгольдерах. Многореакторные установки, работающие с попеременным использованием отдельных реакторов, требуют газгольдеров большей вместимости.

При проектировании сельскохозяйственной биогазовой установки следует проверить, действительно ли оправдывает фактическая потребность производства в биогазе его высокий выход из отходов, так как при ограниченном использовании потенциала газа можно значительно понизить затраты на установку и ее эксплуатацию.

Чтобы можно было в будущем лучше калькулировать и проектировать биогазовые установки, представляется целесообразным получить четкие данные по следующим пунктам:

—        снижение потребности в энергии путем а) система

тических исследований по перемешиванию субстрата

с различной вязкостью и с различным содержанием

крупных частиц, причем исследования следует вести

с учетом формы и размеров реактора) установления оптимального сочетании газового двигателя и генератора с учетом покрытия собственных потребностей установки в теплоте (за счет теплоты системы охлаждении двигателя) и электроэнергии для привода механических агрегатов, включая тепловой насос для вторичного использования отбросной теплоты; в) разрушения плавающей корки энергосберегающим способом;

—        упрощение эксплуатации (контроля, управления, регулирования);

—        повышение   срока   службы   установки    (уменьшение

—        разрушений  от коррозии  и  изнашивания  благодариприменению   соответствующих   материалов   и   новых принципов конструирования);

-          снижение стоимости установки путем применения новых экономичных принципов конструирования, в том числе разработки более простых и дешевых съемных емкостей, монтируемых на реактор для сбора газа в установках, работающих с газгольдером;

-          разработка моделей для конкретных технологических решений, предусматривающих различные цели процесса (применение конечных продуктов, защита окружающей среды) и производственное подчинение установки: сельскохозяйственные частные предприятия различного масштаба, производственные объединения (например, для одного села);

-          сооружение установок-прототипов по выбранным моделям и анализ их практической ценности.